Читайте также:
|
В лекарственных целях используют траву и цветки лабазника вязолистного. В листьях, цветках и корнях лабазника содержат флавоноиды, фитонциды, стероиды, терпены, гликозиды, дубильные вещества, крахмал, эфирное масло, ванилин, и, главное - в большом количестве, витамин С. Трава лабазника вязолистного содержит 0,2 % эфирного масла (компонентами которого являются метилсалицилат и его биозид гаультерин, салициловый альдегид, ванилин), фенольные гликозиды (монотропозид, примверозид, салицин, спиреин), флавоноиды (4 %: авикулярин, гиперозид, спиреозид), дубильные вещества - 15 %, кумарины, стероиды, каротин, витамин С, микроэлементы.
Рассмотрим подробнее действие и свойства химических соединений лабазника вязолистного.
Витамин C. Участвует в биосинтезе кортикостероидных гормонов, которые отвечают за адаптивные реакции организма; повышает иммунитет; устраняет воспаление; стабилизирующее воздействует на соединительную ткань; улучшает психоэмоциональное состояние, поскольку влияет на процесс образования дофамина, норадреналина, а также серотонина и эндорфинов.
Дубильные вещества. Данные вещества осаждают белки протоплазмы, тем самым оказывая на слизистые оболочки либо раздражающее, либо вяжущее действие (все зависит от концентрации раствора). Свойства: вяжущее; кровоостанавливающее; антиоксидантное.
Фенольные соединения (монотропитин, спиреин). Свойства: стимулирующее (активизируют функционирование коры надпочечников); антисептическое; мочегонное; адаптогенное (повышают защитные силы организма); спазмолитическое; седативное; желчегонное; кровоостанавливающее.
Салициловая кислота . Действие: нормализует проницаемость капилляров, тем самым предупреждая отек тканей; участвует в формировании медиаторов воспаления; приостанавливает биосинтез простагландинов, которым отводится важная роль в развитии воспаления, а также болевого синдрома, что снимает воспаление.
Рисунок 5.1 – Салициловая кислота
Флавоноиды : авикулярин. Свойства: противовоспалительное; антиаллергическое; антивирусное; антиканцерогенное; антиоксидантное; желчегонное; противоязвенное; диуретическое; спазмолитическое.
Рисунок 5.2– Авикулярин
Катехины . Данные вещества нейтрализуют свободные радикалы, благодаря чему предупреждают развитие онкологических болезней. Кроме того, катехины противостоят воздействию бактерий и препятствуют разрушению клеток, тем самым значительно замедляя процесс старения организма.
Фенолкарбоновые кислоты. Действие: снимают воспаление; ускоряют процесс выведения желчи; усиливают функцию почек; стимулируют антитоксическую функцию печени.
Эфирные масла. Компоненты: метилсалицилат и салицин. Действие эфирных масел: нормализуют функционирование сердечно-сосудистой системы; смягчают кашель; усиливают отделение слизи из бронхов; улучшают работу ЖКТ. Свойства: бактерицидное; противовоспалительное; антисептическое; стимулирующее; седативное.
Рисунок 5.3 – Метилсалицилат Рисунок 5.4–Салицин
Жирные кислоты . Действие жирных кислот: участвуют в процессе образования энергии; участвуют в построении мембран, которые и составляют скелет клеток; нормализуют обмен веществ, являясь компонентами различных липидов.
Гликозиды. Свойства: мочегонное; противомикробное; успокоительное; слабительное; отхаркивающее; сосудорасширяющее; дезинфицирующее. Крахмал. Используется как обволакивающее средство при лечении заболеваний ЖКТ воспалительного характера. Кроме того, крахмал относится к классу легкоусвояемых углеводов, которые, трансформируясь в глюкозу, быстро насыщают организм энергией.
Рисунок 5.5 – Крахмал
Воск. Обладает бактерицидными и вяжущими свойствами, поэтому применяется при лечении трудно заживающих ран и различных кожных заболеваний.
В 1828 году мюнхенский фармацевт Иоганн Бюхнер выделил из коры ивы противовоспалительное вещество салицин, при гидролизе которого получили салициловую кислоту, а в 1838 году итальянский химик Р. Пириа выделил из таволги (спиреи вязолистной) спиреевую кислоту, оказавшуюся производным салициловой кислоты. Выяснилось, что салициловой кислоты много в таволге иволистной – Spiraea salicifolia, а затем Феликс Хофман, сотрудник германской компании «Байер», разработал технологию органического синтеза ацетилсалициловой кислоты, получившей коммерческое название «аспирин». Это название составлено из двух частей: «а» от ацетил и «спир» от Spiraea. В таволгах аспирин находится в гликозилированной форме. Совсем недавно из семян и корней таволги выделены дитерпеновые алкалоиды, получившие название спираминов и спиратинов. Их действие похоже на камфору, кофеин, но применение не вызывает повышения артериального давления. Как считают ученые, спирамины защищают клетки мозга от кислородного голодания. Из японских таволг выделили вещества, препятствующие образованию тромбов.
Дубильные вещества таволги, подвергаясь окислению, превращаются в вещества с кровавой окраской - флобафены .
| | 3 | | | | | | | |
В разделе всесторонне рассматриваются закономерности и механизмы биологического действия фенольных соединений - обширной группы органических веществ, повсеместно распространенных в растительном мире. Выполняя наряду с белками, нуклеиновыми кислотами, углеводами и другими соединениями важные функции в растительных клетках и тканях, в составе пищевых продуктов, а также разнообразных лекарственных средств народной и современной медицины поступают в организм человека и оказывают заметное воздействие на работу различных органов.
Рассчитано на врачей, биологов и биохимиков.
Фенолы как лекарственные средства
Знакомство с основными проявлениями физиологической и фармакодинамической активности растительных фенолов убедительно показало, что многие из них имеют большие перспективы использования при лечении и предупреждении болезней человека.
Литература
Основные классы органических соединений: белки, нуклеиновые кислоты, жиры, а также необходимые для жизни минеральные соли и микроэлементы изучаются глубоко и всесторонне. Сотни тысяч страниц кропотливых наблюдений, бесчисленные эксперименты, надежды и разочарования тысяч исследователей, споры и дискуссии, ошибки и открытия - вот что скрыто за лаконичными строками учебников по биохимии.
Белки, состоящие из , водорода, кислорода, азота и серы, действительно выполняют важнейшие жизненные функции. Они образуют вместе с жироподобными веществами (липидами) биологические мембраны - основные структуры, из которых построены клетки. - основные двигатели, катализаторы обмена веществ - важнейшего жизненного процесса. Белки-гормоны - это средства регулирования и управления в машине жизни. Есть в организме белки сократительные, они работают в скелетных мышцах, осуществляют движение ворсинок, продвижение пищевого комка по пищеварительному тракту; белки транспортные, они переносят на поверхности своих огромных молекул многие жизненно важные вещества; белки-антитела - крошечные защитники нашего внутреннего мира от посягательств невидимых врагов - бактерий и вирусов. Нет такой формы жизнедеятельности, такого биологического процесса, в котором белки не играли бы первостепенную роль.
Обнаруженные впервые в составе клеточного ядра, стали известны позже белков, а их назначение в организме установлено в полной мере лишь в последние десятилетия. Оно теснейшим образом связано с ролью белков. Крупные молекулы нуклеиновых кислот (самые большие из них состоят из сотен тысяч и даже миллионов углерода, водорода, кислорода и азота) хранят в своих длинных нитях, в последовательности своих атомных группировок наследственную память клеток, информацию о структуре и производстве белков.
Углеводы и жиры устроены значительно проще, и роль их в организме менее разнообразна. Сгорая в тканях в процессе медленного биологического окисления, они отдают свою энергию на поддержание температуры живого тела, на осуществление процессов биосинтеза нужных ему органических соединений. Жиры и жироподобные вещества входят вместе с белками в состав биологических мембран, на поверхности которых протекают все важнейшие жизненные процессы. Углеводы (они названы так потому, что построены из углерода, водорода и кислорода, причем два последних элемента содержатся в них в том же соотношении, что и в воде, 2:1), особенно крупные молекулы полисахаридов, играют роль энергетического запаса (крахмал, гликоген). Некоторые из них, например , входят в состав оболочки растительных клеток, образуют волокна, служат важным опорным материалом в тканях растений.
Строение и жизненная роль витаминов, само их существование стали известны лишь в XX в. Потребность в них невелика, но они необходимы: при их отсутствии или недостатке человек тяжело заболевает и может даже погибнуть от или пеллагры, бери-бери или . Поступая в организм с пищей, витамины обязательно присутствуют в жидкостях тела неизменными или подвергшись обменной активации. Например, витамин B1 превращается в организме в кокарбоксилазу (дифосфат тиамина), обладающую максимальной активностью.
Водорастворимые витамины В2, В6, РР, Н, фолиевая (Вс) и пантотеновая (В3) кислоты играют в организме роль коферментов. Это своего рода набор стандартных инструментов, с помощью которых ферментные белки выполняют свои каталитические функции: разрезают или соединяют молекулы, переносят группы атомов от молекул одного вещества к другому, ускоряют течение определенных обменных реакций.
Жирорастворимые витамины (A, D, Е, К) входят в состав биологических мембран - основного структурного элемента клеток. Состоят мембраны из двойного слоя липидных (жироподобных) молекул, липидного «моря», в котором «плавают», подобно айсбергам, белковые частицы. Мембраны разделяют клетку на отсеки, выполняющие разные функции; осуществляют перенос молекул, ионов, электрических зарядов, основные реакции обмена веществ. Жирорастворимые витамины стабилизируют структуру мембран, защищают их от окислительного разрушения, обеспечивают нормальную работу мембранных ферментов.
Особняком стоит витамин С; он растворим в жидкостях организма, но коферментной функцией, видимо, не обладает. Как и жирорастворимые витамины, он обладает антиокислительной активностью, но не входит в состав мембран, а в составе биологических жидкостей организма омывает их поверхность.
К середине XX в. пора великих открытий в области изучения химического состава и строения органических веществ, казалось, миновала. Биохимики устремились в погоню за микроэлементами - веществами, присутствующими в живых тканях в исчезающе малых количествах, изучая их роль как кофакторов ферментативного катализа, ускорителей или замедлителей реакций обмена веществ.
Но есть, оказывается, большой и разнообразный класс органических соединений, биологическая роль которых далеко еще не выяснена. Это фенольные соединения. О них-то и пойдет речь в книге.
Их много, этих веществ. Они встречаются в каждом растении, в каждой клетке их тела, в корнях и листьях, в плодах и коре - везде, где их ищут ученые. Из растений выделено несколько тысяч фенолов, и список этот продолжает расти. На долю фенольных соединений приходится до 2-3% массы органического вещества растений, а в некоторых случаях - до 10% и даже более. Конечно, такие распространенные и многочисленные органические вещества должны выполнять какие-то важные, необходимые жизненные функции.
Нельзя сказать, что о роли фенольных соединений растений ничего не известно. Исследования в этой области ведутся более 100 лет, и в последние десятилетия сделано особенно много. Но очень скоро выяснилось странное обстоятельство. Белки и нуклеиновые кислоты, углеводы и липиды содержатся в тканях как растений, так и животных, содержатся примерно в одинаковых или близких соотношениях. Они построены по единому плану, состоят из одних и тех же исходных элементов (аминокислот, нуклеотидов, жирных кислот, моносахаридов). В пищеварительном тракте травоядных растительная пища расщепляется на такие универсальные простые компоненты, входящие в состав собственных органических соединений этих животных, а затем и плотоядных. Причем удается проследить судьбу одних и тех же веществ на протяжении всей биологической цепи, от растений до животных и человека, и функции этих веществ на разных участках цепи у разных видов, классов и типов организмов оказываются примерно одинаковыми и даже аналогичными.
Совершенно иначе обстоит дело с фенольными соединениями. С их обилием и разнообразием в растительном мире резко контрастирует присутствие в тканях животных и человека лишь немногочисленных представителей фенольного «царства», содержащихся к тому же в очень малых, даже ничтожных, количествах. И несмотря на наличие близкого сходства химической структуры растительных и животных фенолов, никому еще не удалось совершенно уверенно и надежно доказать, что между ними существует такая же преемственная связь, как между растительными и животными белками или углеводами. Попытки проследить (с помощью метода меченых атомов или других современных научных методик) за судьбой фенольных соединений растительной пищи в организме животных и человека дали один и тот же результат: основная масса растительных фенолов сгорает в теле животных до и воды, подобно тому как ведут себя углеводы или жиры.
Но является ли роль углеводов чисто энергетической или какая-то их часть все же используется при биосинтезе животных фенолов? Окончательного ответа на этот вопрос еще нет.
Какова же функция растительных фенолов в организме животных и человека, куда они постоянно поступают с пищей? Попытаемся ответить на этот вопрос на страницах раздела.
Главная > ДокументЛЕКАРСТВЕННЫЕ РАСТЕНИЯ И СЫРЬЕ, СОДЕРЖАЩИЕ ФЕНОЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ (общая характеристика).
Понятие о фенольных соединениях, распространение в растительном мире.
Роль фенольных соединений для жизнедеятельности растений.
Классификация фенольных соединений.
Биосинтез фенольных соединений.
Понятие о фенольных соединениях, распространение в растительном мире, роль фенольных соединений для жизнедеятельности растений.
Растения способны синтезировать и накапливать огромное количество соединений фенольной природы.
Фенолы – это ароматические соединения, содержащие в своей молекуле бензольное ядро с одной или несколькими гидроксильными группами.
Соединения, содержащие несколько ароматических колец, с одной или несколькими гидроксильными группами называются полифенолами .
Они встречаются в различных частях многих растений – в покровных тканях в плодах, проростках, листьях, цветках и
Придают им окраску и аромат пигменты фенольной природы - антоцианы;
большинство полифенолов –
Активные метаболиты клеточного обмена,
играют важную роль в различных физиологических процессах, таких как, фотосинтез, дыхание, рост, устойчивость растений к инфекционным болезням, рост и репродукция;
защищают растения от патогенных микроорганизмов и грибковых заболеваний.
Распространение.
Из фенолокислот часто встречается галловая кислота и значительно реже - салициловая (фиалка трехцветная). Фенолокислоты и их гликозиды содержатся в родиоле розовой.
К группе фенолов с одним ароматическим кольцом относятся простые фенолы, фенолокислоты, фенолоспирты, оксикоричные кислоты .
Фенологликозидами называется группа гликозидов, агликоном которых являются простые фенолы, оказывающие дезинфицирующее действие на дыхательные пути, почки и мочевые пути.
Фенологликозиды в природе распространены довольно широко. Встречаются в семействах ивовых, брусничных, камнеломковых, толстянковых и др., имеются в листьях толокнянки и брусники.
Природные фенолы часто проявляют высокую биологическую активность:
Препараты на основе фенольных соединений широко используются в качестве
Противомикробных, противовоспалительных, кровоостанавливающих, желчегонных, диуретических, гипотензивных, тонизирующих, вяжущих и слабительных средств.
Фенольные соединения имеют универсальное распространение в растительном мире. Они свойственны каждому растению и даже каждой растительной клетке. В настоящее время известно свыше двух тысяч природных фенольных соединений. На долю веществ этой группы приходится до 2-3% массы органического вещества растений, а в некоторых случаях - до 10% и более. Фенольные соединения обнаружены как в низших; грибах, мхах, лишайниках, водорослях, так и в высших споровых (папоротниках, хвощах) и цветковых растениях. У высших растений - в листьях, цветках, плодах, подземных органах.
Синтез фенольных соединений происходит только в растениях, животные потребляют фенольные соединения в готовом виде и могут их только преобразовывать
В растениях фенольные соединения играют важную роль.
1. Они являются обязательными участниками всех метаболических процессов: дыхания, фотосинтеза, гликолиза, фосфорилирования.
Исследованиями русского ученого биохимика В.И.Палладина (1912) установлено и подтверждено современными исследова-ниями, что фенольные соединения - «дыхательные хромогены»,т.е. ониучавствуют в процессе клеточного дыхания. Фенольные соединения выступают в качестве переносчиков водорода на конечных этапах процесса дыхания, азатем вновь окисляются специфическими ферментами оксидазами.
2. Фенольные соединения являются регуляторами роста, развития, и репродукции растений. При этом, оказывают как стимулирующее, так и ингибирующее (замедляющее) действие.
3. Фенольные соединения используются растениями как энергетический материал, выполняют структурную, опорную и защитную функции (повышает устойчивость растений к грибковым заболеваниям, обладают антибиотическим и противовирусным действием).
Классификация фенольных соединений.
В основе классификации природных фенольных соединений лежит биогенетический принцип. В соответствии с современными представлениями о биосинтезе и, исходя из структурных особенностей углеродного скелета, все фенолы можно разбить на 8 групп:
1 .С 6 - ряда -
простые фенолы с одним ароматическим кольцом одной или несколькими ОНгр.
2.С 6 -С 1 -ряда-фенолкарбоновые кислоты
З. С 6 -С 2 - ряда -
Феноло-спирты
n-тиразол
8. (С 6 – С 3 – С 6) n - Фенольные соединения 4. С 6 – С 3 –ряда – производные
полифенольные фенилпропана – оксикоричные
с
оединения кислоты, кумарины, хромоны
дубильные вещества
7. С 6 – С 2 – С 6 - 6. С 6 – С 3 – С 3 – С 6 - 5. С 6 – С 3 – С 6 – ряда
ряда – хиноны, ряда - лигнаны флавоноиды
производные
антрацена
Биосинтез фенольных соединений.
Биосинтез у различных групп фенольных соединений протекает по одной и той же принципиальной схеме, из общих предшественников и через сходные.промежуточные продукты.
Все фенольные соединения в растениях образуются из углеводов (ацетатно-малонатный путь)и продуктов их превращения и в процессе биосинтеза проходят шикиматный путь.
Биосинтезу многих фенольных соединений предшествует образование аминокислот – L-фенилаланина и L-тирозина.
Фенольные соединения образуются тремя путями, первые два и третий путь смешанный (отдельные части одного и того же соединения синтезируются разными путями).
Ацетатно-малонатный путь.
Установлен американскими учеными Берчем и Донованом в 1955 году. Предшественником является уксусная кислота, которая образуется из сахаров.
В результате ступенчатой конденсации остатков уксуснойкислоты образуются поликетометиленовые кислоты. Присоединение происходит по типу «голова» - «хвост» при обязательном участии фермента Коэнзима А с промежуточным образованием ацетил-Коэнзима А, а затем малонил-Коэнзима и поэому называют ацетатно-малонатный путь). Циклизация поликетонов идет под действием фермента синтетазы.
Схема биосинтеза:
уксусная кислота поликетометиленовая кислота
C 2 -C 6 - H 2 O
ядро флороглюцина метилсалициловая кислота
Если наращивать цепочку до 16-ти углеродных атомов (8 остатковуксусной кислоты) образуется ядро антрацена.
По ацетатно-малонатному пути идет биосинтез простых фенолов и производных антрацена в грибах и лишайниках; антрахинонов группы хризацина колец А и С антрахинонов группы ализарина в высших растениях; кольца В молекуле флавоноидов, госсипола, содержащегося в коре корней хлопчатника.
Шикиматный путь.
Биосинтез через шикимовую кислоту, соединение близкое к ароматическим соединениям. В расшифровкеэтого пути биосинтеза большая роль принадлежит ученому Б.Дэвису (1951-55 гг).
Исходными продуктами биосинтеза служат фосфоенолпируват и эритрозо-4-фосфат, образующиеся в процессе гликолиза и пентозного цикла сахаров. В результате ряда ферментативных реакций и конденсациииз них образуется шикимовая кислота.
Далее в процессе последовательных ферментативных реакций, протекающих при участии АТФ, присоединяется еще фосфоенолпируват, количество двойных связей увеличивается до двух - образуется префеновая кислота, затем до трех - образуется фенилпировинограднаякислота или оксифенилпировиноградная кислота. Далее под воздействием ферментов образуются ароматические аминокислоты - фенилаланинин и тирозин.
При участии ферментов аммиаклиаз от аминокислот отщепляется аммиак и возникают соответственно коричная и п-оксикоричная кислоты.
Схема биосинтеза:
ШИКИМАТНЫЙ ПУТЬ БИОСИНТЕЗА АРОМАТИЧЕСКИХ АМИНОКИСЛОТ(1)
фосфо- эритрозо- 7-фосфо-3-дезокси- 3-дегидрохинная
енол- 4-фосфат Д-арабино-гептуло кислота
-пируват зоновая кислота
ШИКИМАТНЫЙ ПУТЬ БИОСИНТЕЗА
АРОМАТИЧЕСКИХ АМИНОКИСЛОТ (2)
Это исходные продукты синтеза п- и о фенолов в высших растениях, кумаринов, хромонов, лигнанов, кольца В в молекуле флавоноидов, кольца В антрахинонов группы ализарина в высших растениях, гидролизуемых дубильных веществ.
Смешанный путь
По смешанному пути синтезируются флавоноиды и антрахиноны, производные ализарина. Флавоноиды являются источником синтеза конденсированных дубильных веществ.
ФЕНОЛОГЛИКОЗИДЫ (ГЛИКОЗИДЫ ПРОСТЫХ ФЕНОЛОВ)
1. Понятие о фенологликозидах.
2. Классификация простых фенольных соединений.
3. Биосинтез, локализация, влияние условий внешней среды на накопление простых фенольных соединений.
4. Физико-химические свойства.
5. Методы анализа сырья, содержащего простые фенольные соединения.
6. Сырьевая база лекарственных растений.
7. Особенности сбора, сушки и хранения сырья.
8. Пути использования и применение в медицине сырья и препаратов, содержащих простые фенолы.
Фенологликозидами называется группа гликозидов, агликоном которых являются простые фенолы, которые при гидролизе расщепляются на агликоны, содержащие одну или несколько гидроксильных фенольных групп при одном бензольном кольце и сахар, который связан через гидроксил и оказывающие дезинфицирующее действие на дыхательные пути, почки и мочевые пути.
Кроме фенольных гидроксилов в качестве заместителей в агликонах могут быть оксиметильная, оксиэтильная или карбоксильная группы.
Чаще всего фенолы находятся в связанном виде, в форме гликозидов или сложных эфиров, но могут быть структурными единицами более сложных соединений, таких как, флавоноиды, лигнаны, дубильные соединения.
Фенологликозиды в природе распространены довольно широко. Встречаются в семействах ивовых, брусничных, камнеломковых, толстянковых, имеются в листьях толокнянки и брусники.
Простейшими являются фенил-О-гликозиды.
Классификация.
В зависимости от характера заместителей в бензольном кольце фенологликозиды можно разделить на 3 группы:
1 группа: С 6 - ряда
1) одноатомные фенолы
простые фенолы (монофенолы) – моногидроксипроизводные - встречаются в растениях нечасто.
фенол
Сам фенол обнаружен в иглах и шишках Pinus silvestris, эфирных маслах листьев Nicotiana tabacum, Ribes nigrum, лишайниках.
2) Дигидроксипроизводные – двухатомные фенолы (дифенолы)
а) Пирокатехин (1,2-диоксибензол) найден в листьях эфедры, чешуе лука, плодах грейпфрута.
б) Из диоксибензолов наиболее распространен гидрохинон (1,4-диоксибензол).
Его гликозид арбутин, содержащийся в представителях семейств: Ericaceae (листьях толокнянки), Vacciniaceae (брусники), Saxifragaceae (бадана).
Наряду с арбутином в этих растениях присутствует метиларбутин.
Агликоном его является метилгидрохинон
Арбутин метиларбутин
в) Резорцин (1,3-диоксибензол) (или м-диоксибензол) содержится в различных естественных смолах, таннинах.
Трехатомные фенолы (трифенолы).
Представителем триоксибензолов является флороглюцин (1,3,5-триоксибензол) , в свободном виде он обнаружен в шишках секвойи и чешуе лука, а в виде гликозида флорина – в околоплоднике плодов разных видов цитрусов.
Более сложные соединения - флороглюциды (гликозиды флороглюцина), они могут содержать одно кольцо флороглюцина (аспидинол) или представляют собой димеры или тримеры (кислоты флаваспидиновая и филиксовая).
Значительные количества флороглюцидов накапливается в корневищах мужского папоротника.
аспидинол
2 группа:
1) С 6 – С 1 – ряда - Фенолкарбоновые кислоты
Фенолокислоты широко распространены в растениях, но не являются в них основными биологически активными веществами, это типичные сопутствующие вещества, участвующие в лечебном эффекте суммарных препаратов.
Широко распространены в растениях семейств: бобовые, сумаховые, фиалковые, брусничные.
Широко распространена n -гидроксибензойная кислота
Например, пирокатеховая кислота характерна для покрытосеменных.
Галловая кислота может
накапливаться в значительных количествах (в листьях толокнянки)
Салициловая кислота встречается сравнительно редко, агликон гликозида салициловой кислоты содержит карбоксильную группу:
Ее метиловые эфиры входят в состав эфирных масел растений семейств фиалковых, березовых, ивовых (трава фиалки полевой, плоды малины, обладает противовоспалительным и жаропонижающим действием).
3. С 6 - С 2 – ряда - Фенолоспирты и их гликозиды содержатся в родиоле розовой
Салидрозид и салицин.
Агликоны этих гликозидов 4-оксифенилэтанол и 2-оксифенилметанол (салициловый спирт). Наряду с фенольными гидроксилами эти агликоны имеют спиртовые гидроксильные группы, и гликозидирование их может быть по фенольным и спиртовым группам:
Салициловый спирт
Салицин Салидрозид
(2-оксифенилметанол)
Салицин получил из коры ивы французский ученый Леру в 1828 г. Много его в листьях и побегах толокнянки, брусники, груши, бадана. Часто в растениях ему сопутствует метиларбутин. Салидрозид впервые был выделен в 1926 г. из коры ивы, а позднее обнаружен в подземных органах родиолы розовой.
С 6 – С 3 – ряда - гидроксикоричные кислоты
Наиболее распространена кофейная кислота и ее соединения:
Коричная кислота n-кумаровая кислота кофейная кислота 
Розмариновая к-та хлорогеновая к-та
Хлорогеновая кислота содержится в зеленых зернах кофе (6%), листьях табака (8%); розмариновая кислота впервые была найдена в розмарине лекарственном, но встречается и в других представителях губоцветных.
Предшественником оксикоричных кислот является фенилаланин.
Оксикоричные кислоты обладают антимикробной и антигрибковой активностью, проявляют антибиотические свойства. Оксикоричные кислоты и их эфиры обладают направленным действием на функцию почек, печени, мочевыводящих путей. Содержатся в траве хвоща полевого, зверобоя, цветков пижмы, бессмертника песчаного.
Физико-химические свойства.
Выделенные в чистом виде фенольные гликозиды - это белые кристаллические вещества с определенной температурой плавления, растворимые в воде, этаноле, нерастворимые в эфире и хлороформе.
Все фенольные гликозиды оптически активны в связи с присутствием в их молекуле углеводного компонента (как правило, глюкозы).
Фенольные гликозиды, как и все О-гликозиды, характеризуются способностью к гидролизу при нагревании с минеральными кислотами или при термостатировании с ферментами.
При гидролизе расщепление происходит до углеводного компонента и соответствующего агликона. Агликоны не растворимы в воде, но хорошо растворимы в эфире, хлороформе, этилацетате.
Простые фенолы имеют характерные спектры поглощения в УФ и видимой области спектра.
Фенолкарбоновые кислоты – кристаллические вещества, растворимые в спирте, этилацетате, эфире, водных растворах гидрокарбоната и ацетата натрия.
Химические свойства простых фенолов обусловлены наличием:
ароматического кольца
фенольного гидроксила
карбоксильной группы
гликозидной связи.
Для фенольных соединений характерны химические реакции:
Подвергаются реакции гидролиза (за счет гликозидной связи) с кислотами, щелочами, ферментами.
Фенольные гликозиды легко окисляются, особенно в щелочной среде (даже кислородом воздуха) с образованием соединений хиноидной структуры.
Фенольные соединения, обладая кислотными свойствами, образуют со щелочами растворимые в воде феноляты.
Образуют с ионами металлов (Fe, Pb, Al, Mo, Cu, Ni) окрашенные комплексные соединения.
Вступают в реакции азосочетания с солями диазония, образуя азокрасители от оранжевого до вишнево-красного цвета.
Фенолкарбоновые кислоты образуют сложные эфиры (депсиды).
Биосинтез, локализация и влияние условий внешней среды на
накопление простых фенольных соединений.
Биосинтез простых фенолов в высших растениях идет по шикиматному пути.
Фенольные соединения локализуются как в надземной части (листья и побеги толокнянки и брусники, так и в подземных органах (корневища папоротника мужского, корневища и корни родиолы розовой, кора корней хлопчатника).
В период бутонизации и цветения в сырье толокнянки и брусники накапливается агликон гидрохинон, который при сушке сырья подвергается окислению до хинонов – темных пигментов, поэтому сырье, заготовленное в период цветения чернеет.
Гликозид арбутин образуется осенью в период плодоношения и весной до цветения. В эти же сроки максимальное накопление гликозида салидрозида в сырье родиолы розовой, флороглюцидов в корневищах папоротника, госсипола в коре корней хлопчатника.
Накопление простых фенолов и их гликозидов идет в умеренном и холодном климате в растениях, произрастающих в лесной и тундровой зонах.
Методы выделения и идентификации.
Фенольные гликозиды извлекают из растительного материала этиловым и метиловым спиртами (96, 70 и 40 0), затем проводят очистку.
Выделение индивидуальных соединений проводят, как правило, методом адсорбционной хроматографии на полиамиде, силикагеле, целлюлозе.
В качестве элюирующих смесей используется вода и водный спирт, если адсорбентом служит полиамид или целлюлоза, либо различные смеси органических растворителей.
Фенольные гликозиды в ЛРС могут быть идентифицированы хроматографией в тонком слое сорбента или на бумаге. При обработке специфическими реактивами и сканировании в УФ-свете они проявляются в виде окрашенных пятен с соответствующими значениями Rf . Например, основной компонент подземных органов родиолы розовой розавин обнаруживается после хроматографии на пластинках в тонком слое сорбента в УФ-свете в виде фиолетового пятна. А другой компонент родиолы – салидрозид – проявляется диазотированным сульфацилом в виде красноватого пятна. Для идентификации исследуемых компонентов широко используют хроматографию в присутствии стандартных образцов.
Для индивидуальных веществ определяют температуру плавления, удельное вращение, снимают УФ и ИК спектры.
Для идентификации фенольных гликозидов широко используются химические превращения (гидролиз, ацетилирование, метилирование) и сравнение констант продуктов превращения с литературными данными для предполагаемого гликозида.
Фенольные гликозиды, со свободной гидроксильной группой дают все реакции, характерные для фенолов (реакция с железоаммонийными квасцами, с солями тяжелых металлов, с диазотированными ароматическими аминами и др.).
В случае, если фенольный гидроксил гликозилирован, как у салицина, реакции проводят после предварительного гидролиза гликозида кислотами либо ферментами. Эти же качественные реакции используют для обнаружения фенольных гликозидов на хроматограммах.
В случае хроматографирования в тонком слое силикагеля хроматограммы можно обработать еще и 4%-ной H 2 SO 4 в абсолютном этиловом спирте. При этом фенольные гликозиды в зависимости от строения обнаруживаются в виде желтых, красных, оранжевых или голубых пятен.
При обработке хроматограмм раствором нитрата серебра и щелочью фенольные гликозиды обнаруживаются в виде коричневых пятен с различным оттенком.
. Методы анализа сырья, содержащего простые фенольные соединения.
Качественный и количественный анализ сырья основан на физических и химических свойствах.
Качественный анализ.
Фенольные соединения извлекают из растительного сырья водой, затем извлечения очищают от сопутствующих веществ, осаждая их растворами ацетата свинца. С очищенным извлечением выполняют качественные реакции.
Простые фенолы и агликоны фенологликозидов дают
характерные для фенольных соединений реакции:
с железоаммонийными квасцами
с солями тяжелых металлов
с диазотированными ароматическими аминами.
Специфические реакции (ГФ Х1):
- на арбутин (сырье толокнянки и брусники) используют цветные качественные реакции:
с кристаллическим сульфатом записного железа.
Реакция основана на получении комплекса, изменяющего окраску от сиреневого до темно-го с дальнейшим образованием темно-фиолетового осадка.
с 10 %-ным раствором натрия фосфорномолибденовокислого в кислоте хлористоводородной.
Реакция основана на образовании комплексного соединения синего цвета.
на салидрозид (сырье родиолы розовой):
реакция азосочетания с диазотированным сульфацилом натрия с образованием азокрасителя вишнево-красного цвета.
салидрозид азокраситель
Количественное определение.
Для количественного определения простых фенологликозидов в лекарственном растительном сырье используют различные методы: гравиметрические, титриметрические и физико-химические.
1. Гравиметрическим методом определяют содержание флороглюцидов в корневищах папоротника мужского. Метод основан на извлечении флороглюцидов из сырья диэтиловым эфиром в аппарате Сокслета. Извлечение очищают, отгоняют эфир, полученный сухой остаток высушивают и доводят до постоянной массы. В пересчете на абсолютно сухое сырье содержание флороглюцидов не менее 1,8%.
2. Титриметрический йодометрический метод (основан на окислении иодом гидрохинона, полученного после извлечения и гидролиза арбутина) используется для определения содержания арбутина в сырье брусники и толокнянки. Проводят окисление агликона гидрохинона до хинона 0,1 М раствором йода в кислой среде и в присутствии натрия гидрокарбоната после получения очищенного водного извлечения и проведения кислотного гидролиза арбутина.
Гидролиз проводится концентрированной серной кислотой в присутствии цинковой пыли, чтобы выделившийся свободный водород предотвращал собственное окисление гидрохинона. В качестве индикатора используют раствор крахмала.
3. Спектрофотом етри ческий метод используется для определения содержания салидрозида в сырье родиолы розовой.
Метод основан на способности окрашенных азокрасителей поглощать монохроматический свет при длине волны 486 нм. Определяют оптическую плотность окрашенного раствора, полученного по реакции салидрозида с диазотированным сульфацилом натрия с помощью спектрофотометра. Рассчитывают содержание салидрозида с учетом удельного показателя поглощения ГСО салидрозида Е 1% / 1см = 253.
Сырьевая база растений, содержащих простые фенольные соединения.
Сырьевая база достаточно хорошо обеспечена, потребность в сырье толокнянки, брусники, папоротника и родиолы розовой покрывается за счет дикорастущих растений. Виды хлопчатника широко культивируются.
Брусника обыкновенная встречается в лесной и тундровой зонах, толокнянка обыкновенная - в лесной зоне Европейской части страны, в Сибири и на Дальнем Востоке. Брусника произрастает в сосновых, еловых лесах, на влажных местах, по окраинам торфяных болот. Толокнянка в сухих сосновых беломошных и лиственных лесах, на вырубках, солнечных, песчаных почвах.
Щитовник (папоротник) мужской произрастает в лесной зоне Европейской части, в горах Кавказа, Памира, Алтая. Предпочитает тенистые хвойные и мелколиственные леса.
Ареал родиолы розовой охватывает полярно-арктическую, альпийскую и зону Европейской части, Урала, Дальнего Востока, горы юга Сибири, Алтай, Саяны) и Восточного Казахстана. Родиола розовая образует заросли и долинах рек, в редколесьях и на влажных лугах. Основные заросли - на Алтае.
В Средней Азии и на Кавказе широко культивируется хлопчатник, сем. Мальвовые.
Особенности сбора, сушки и хранения сырья,
Заготовку сырья брусники проводят в два срока - ранней весной до цветения и осенью (в период плодоношения). Сушка воздушно-теневая или искусственная - при температуре не более 50-60° С в тонком слое.
Сырье родиолы розовой («золотой корень») заготавливают в конце лета и осенью. Сушат при температуре 40 0 С.
Сырье щитовника мужского собираютосенью, сушат в тени или в сушилках при температуре не более 40-50°С.
Сырье хлопчатника - кору корней - заготавливавливают после сбора урожая хлопка.
Хранят сырье по общему списку в сухом, хорошо проветриваемом помещении.
Срок годности - 3 года. Корневища щитовника мужского хранят 1 год.
Пути использования сырья, содержащего простые фенольные соединения.
Из лекарственного растительного сырья, содержащего фенологликозиды получают:
1. Экстемпоральные лекарственные формы:
- отвары (сырье брусники, толокнянки, родиолы розовой);
Сборы (сырье брусники, толокнянки, родиолы розовой).
2. Экстракционные (галеновые) препараты:
- экстракты:
Жидкий экстракт (корневища и корниродиолы розовой);
Густой эфирный экстракт (корневища папоротника мужского).
3. Препараты индивидуальных веществ:
3%-ный линимент госсипола и глазные капли - 0,1%-ный раствор госсипола в 0,07%-ном растворе натрия тетрабората (кора корней хлопчатника).
Медицинское применение сырья и препаратов,
1. Антимикробное, противовоспалительное, диуретическое (мочегонное) действие характерно для сырья брусники и толокнянки. Оно обусловлено наличием в сырье арбутина, который под влиянием ферментов желудочно-кишечного тракта расщепляется на гидрохинон и глюкозу. Гидрохинон, выделяясь с мочой, оказывает антимикробное и раздражающее действие на почки, что обусловливает диуретический эффект и противовоспалительное действие. Противовоспалительное действие обусловлено также наличием дубильных веществ.
Применяют лекарственные формы из сырья брусники и толокнянки для лечения воспалительных заболеваний почек, мочевого пузыря (циститы, пиелонефриты, пиелиты) и мочевыводящих путей. Отвары из листьев брусники часто используют для лечения заболеваний, связанных с нарушением минерального обмена: мочекаменной болезни, ревматизма, подагры, остеохондроза.
Побочное действие: при приеме больших доз возможно обострение воспалительных процессов, тошнота, рвота, понос. В связи с этим, прием лекарственных форм из сырья брусники и толокнянки рекомендуется проводить, в комплексе с другими растениями.
2. Противовирусное действие характерно для фенольных соединений коры корней хлопчатника. В медицинской практике препараты госсипола
Применение.
Низкомолекулярные фенольные соединения и их производные оказывают антисептическое и дезинфицирующее действие.
Фенольные гликозиды, содержащие арбутин, обладают антимикробной и диуретической активностью. Гликозид салидрозид, содержащийся в коре ивы и подземных органах родиолы розовой, оказывает стимулирующее и адаптогенное действие.
Кислота салициловая и ее производные известны как противовоспалительные, жаропонижающие и болеутоляющие средства. Так, вытяжка из коры ивы белой, содержащая салицин, издавна используется в народной медицине при лихорадочных состояниях, при воспалении слизистой ротовой полости и верхних дыхательных путей (в виде полоскания), при кожных заболеваниях (примочки).
Флороглюциды папоротника мужского действуют как антигельминтные средства.
при лечении опоясывающего лишая, простого герпеса, псориаза (линименты), герпетическом кератите (глазные капли).
3. Адаптогенное, стимулирующее и тонизирующее действие оказывают препараты корневищ и корней родиолы розовой. Препараты повышают работоспособность при утомлении, выполнении тяжелой физической работы, оказывают активирующее влияние на кору головного мозга. Применяют при неврозах, гипотонии, вегето-сосудистой дистонии, шизофрении.
Противопоказания: гипертония, лихорадка, возбуждение. Не назначают летом в жаркое время и во второй половине дня.
4. Антигельминтное (противоглистное) действие оказывают препараты корневищ папоротника мужского.
Густой экстракт представляет собой малоподвижную жидкость зеленого цвета, своеобразного запаха и вкуса. Выпускается в капсулах по 0,5 г. Препарат хранят в защищенном от света месте по списку Б.
Недопустимо применение масляных слабительных (масло касторовое), так как препарат растворяется в нем, всасывается в кровь и может быть отравление. Поэтому препарат используют только в стационарах под строгим наблюдением врача.
Кроме того для них характерны свойства, обусловленные наличием в молекуле обоих видов функциональных групп и бензольного ядра.
Фенолокислоты представляют собой твердые кристаллические вещества. Фенолокислоты, которые имеют в своем составе один фенольный гидроксил, сравнительно малорастворимые в холодной воде, но хорошо растворяются в горячей воде и многих органических растворителях. С увеличением числа фенольных гидроксилов растворимость фенолокислот увеличивается.
Распространение в природе [ | ]
Фенолокислоты очень распространены в природе, поэтому их можно извлечь из природного сырья (такого, например, как боярышник кроваво-красный , рябина черноплодная , прополис). Фенолокислоты является основным компонентом (55-85 %) остатка от перегонки древесной смолы пек древесный .
Синтез [ | ]
Нередко для получения фенолокислот применяют синтетические способы. В частности, 2-оксибензойную (салициловую) кислоту добывают из и углекислого газа в автоклавах при 180 °C с последующей обработкой продукта реакции соляной кислотой синтез Кольбе :
C6H5ONa + С02 180 С → С6Н4 (ONa) COOH ; С6Н4 (ONa) COOH + НС1 → С6Н4 (ОН) СООН + NaCl
Химические свойства [ | ]
Фенолокислоты одновременно обладают свойствами карбоновых кислот и фенолов . Кроме того, для них характерны свойства, обусловленные наличием в молекуле обоих видов функциональных групп и бензольного ядра.
Разложение при нагревании [ | ]
Фенолокислоты при нагревании разлагаются с образованием фенольных соединений и углекислого газа. Например, при нагревании салициловая кислота разлагается на фенол и углекислый газ:
НОС6Н4СООН → С6Н5ОН + СО2 салициловая кислота фенол углекислый газ
Реакция этерификации (по карбоксильной группе) [ | ]
Фенолокислоты как и карбоновые кислоты, благодаря наличию карбоксильной и гидроксильной групп способны образовывать эфиры .
Например, образование эфира салициловой кислоты - ацетилсалициловой кислоты:
НОС6Н4СООН + Н3С-С(=О)-О-(О=)С-СН3 → С6Н4(СООН)-О-СО-СН3 + СН3СООН салициловая кислота уксусный эфир ацетилсалициловая кислота уксусная кислота
и образовании эфира галловой кислоты одна молекула галловой кислоты реагирует своим карбоксилом , другая - фенильным гидроксилом . Китайский танин является глюкозидом дигалловой кислоты и глюкозы.
Образование солей [ | ]
Фенолокислоты, как и карбоновые кислоты образуют соли. Например, образование салицилата натрия при взаимодействии салициловой кислоты и едкого натрия:
НОС6Н4СООН + NaOH → НОС6Н4СООNa + Н2О салициловая кислота салицилат натрия
Реакция с хлоридом железа(III)(по фенольной группе) [ | ]
Нередко возникает необходимость в выявлении наличия салициловой кислоты и других фенолокислот в консервированных продуктах. Тогда в пробирку помещают 2-3 мл исследуемого раствора и добавляют несколько капель 1 %раствора хлорида железа (III). Возникает фиолетовая окраска. В отличие от фенола, она может появиться и в спиртовом растворе кислоты. Окраска возникает в результате образования комплексных солей при взаимодействии фенольных групп шести молекул фенолокислоты с молекулой FeCl3.
Галловая кислота легко взаимодействует с хлоридом железа(III) и образует продукт реакции сине-чёрного цвета (чернила).
Реакция нуклеофильного замещения с галогенами [ | ]
Наличие в молекуле фенолокислот фенольных групп (-ОН) позволяет им вступать в реакции замещения атомов водорода бензольного ядра на галогены при обычных условиях. Бензойная кислота и обычные ароматические кислоты в такие реакции не вступают.
Например, бромирование салициловой кислоты:
НОС6Н4СООН + Br2 → НО(Br)С6Н3СООН + НОС6Н3(Br)СООН + 2НBr салициловая кислота п-бромсалицилова кислота о-бромсалицилова кислота
Фенол]]ьная группа в молекуле салициловой кислоты действует как заместитель первого рода - направляет атомные группы и отдельные атомы на замещение атомом водорода бензольного ядра в о- и п-положении относительно себя.
Типичные представители и их производные, использование фенолокислот в медицине и промышленности [ | ]
2-оксибензойная или салициловая кислота - типичная фенолокислотa, её иногда называют оксибензойной кислотой НОС6Н4СООН. Соли и эфиры салициловой кислоты - салицилаты. Впервые была добыта с эфиров, содержащихся в тканях некоторых растений, - гаультеровои эфирного масла Gaultheria procumbers . Салициловая кислота - твердое кристаллическое вещество . Обладает бактерицидным действием. Её соли и эфиры широко используют в медицине и ветеринарии как лекарственные препараты. Салициловую кислоту широко используют для производства лекарственных средств (например, ацетилсалициловой кислоты, фенилсалицилата), протравных красителей, фунгицидов (например,), пахучих веществ (метилсалицилат , бензилсалицилат), антисептиков в пищевой промышленности, при консервировании, как реагент для колориметрического определения в растворах железа и меди, как кислотно - основной индикатор при люминесцентном анализе (при рН = 2,5…4,6 и при наличии кислоты появляется синяя люминесценция) и т. д.
3,4,5 - Триоксибензойная, или галловая кислота - фенолокислота, содержащая в составе молекулы одну
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА. СССР
ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ФИТОПАТОЛОГИИ
- : ; - ; : " " ;
На правах рукописи Лидия Владимировна РОЗУМ. ■ ■ 4 .
ФЕНОЛКДРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ РАСТЕНИЙ ПШЕНИЦЫ ПРИ ПОРАЖЕНИИ СТЕБЛЕВОЙ РЖАВЧИНОЙ
(06,01.11 -фитопатология и защита растений)
диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук ■
МОСКВА -1977
Работа выполнена в лаборатории биохимии и физиологии растений ■ Северо-Кавказского научно-исследовательского института фитопатологии. * -
Научные руководители: доктор биологических нзук^ профессор М. И. Запрометов, кандидат сельскохозяйственных наук В. В. Чигрии.
Официальные оппоненты: доктор биологических наук^про-, фессор В, И. Кефели, кандидат биологических наук В..В. Ма-
Ведущее учреждение ~ Всесоюзный научно-исследовательский институт защиты растений.
Защита диссертации состоится « 197 г.
в 10 час. на заседании специализированного Совета Всесоюзного научно-исследовательского института фитопатологии,
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. , ""
Ученый секретарь- ;
кандидат сельскохозяйственных
Наук; . ■ ^
Г. В. Пыжнкова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. В настоящее время веб большей значение приобретает защита урожая от вредителей и болезней, Одним из вредоносных заболеваний зерновых культур является стеблевая ржавчина пшеницы, вызывающая огромные потери урожая и снижающая товарные качества зерна (Петерсон, 1958; Чумаков и др., 1965). Основной способ борьбы с этим заболеванием - выведение устойчивых сортов. Однако, несмотря на несомненные успехи, одни только селекционные мероприятия не могут привести к радикальному решению этой ^проблемы, поскольку в природе рано или поздно получают распространение биотипы патогена, способные поражать новые сорта. Достигнутые к настоящему времен» успехи в области патофизиологии позволяют считать, что выявление физиолого-биохимических механизмов устойчивости к патогену будет способствовать направленному изысканию эффективных средств защиты растений от ржавчины.
Сведения об изменении фенольного обмена у растений пшеницы при заражении ржавчиной весьма немногочисленны и довольно противоречивы. Анализ литературных данных показывает, что отсутствие единой точки зрения на роль фенольных соединений в латогии"¡¿¿^¿^1 i.аВ.^ТТ%VЛ[сслеД°"
МОПиШ» Li., l. "l t i»V. I 1
ватёлн определяли либо суммарное содержание всех полифенолов в здоровых и зараженных растениях (Kiraly and Farkas, 1962; Seevers and Daly, 1970), либо количество одного какого-то метаболита (El-Naghy, 1963 и др.). Кроме того, эти исследования проведены, как правило, на очень молодых растениях. В природе же реальной угрозе заражения ржавчнной подвергаются более взрослые растения, а с возрастом механизм ответных реакций может существенно изменяться (Чпг-рнн и сотр., 1969; Bateman et al., 1965).
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы явилось изучение метаболизма фенол на рбо новых кислот у растений пшеницы при заражении стеблевой ржавчиной. Фенол-карбоновые кислоты представляют собой ключевые метаболиты фенольного обмена и являются предшественниками дело-го ряда ароматических соединений и лигнина (Занрометов, -1964, 197Ü; Тоуэрс,1968). Они обладают высокой физиологической активностью и участвуют в самых различных метаболических процессах, и есть основания думать, что они играют ■важную роль в формировании ^рсакции^верхчувствнтслыю-сти».
В задачи исследования входило:
1) изучение постинфекционных изменений основных фенол карбоновых кислот.пшеницы в начале развития болезни и в момент появления видимых симптомов заболевания;
2) определение активности ферментов, имеющих отношение к накоплению этих фенолкарбоиовых кислот;
3) получение сведений о фунгн- и цитотоксичностн феноль-ных соединений пшеницы, об их физиологических функциях.
Научная новизна, практическая ценность работы и пути реализации. Впервые проведено систематическое исследование обмена фенолкарбоиовых кислот у растений пшеницы при поражении стеблевой ржавчнной. Изучены самые ранние изменения содержания фенолкарбоиовых кислот при заражении, которые имеют непосредственное отношение к некробиозу. Обнаружено, что развитию защитных некрогенных реакций предшествует накопление в тканях устойчивых растений определенных фенолкарбоиовых кислот, обладающих высокой фун-гн- и цитотоксичностью. В отличие от известных работ о роли полифенолов в устойчивости растений пшеницы к инфекционным заболеваниям, наши исследования выполнены на взрослых растениях пшеницы, которые в природе подвергаются реальной угрозе заражения ржавчиной. Результаты экспериментов имеют значение для понимания механизмов защитных реакций растений и могут быть использованы при направленном синтезе новых протнворжавчннных фунгицидов.
Апробация. Материалы диссертации докладывались на И Всесоюзном симпозиуме по-фенольным соединениям (Алма-2
Ата, 1971) и на Ш Всесоюзном симпозиуме по фенольным соединениям (Тбилиси, 1976).
Объем работы. Диссертация изложена на 137 страницах машинописного текста и состоит из введения, трех глав экспериментальной части, заключения, списка цитируемой литературы; включает 12 рисунков и 21 таблицу в тексте. Список использованных литературных источников содержит 230 наименований, из них 131 - на иностранных языках.
В разделе I обзора приведены данные о широком распространении фенольных соединений в растительном мире и перечислены важнейшие функции этих соединений в процессах метаболизма. В разделе II раскрывается важная роль полифенолов в устойчивости растений к грибным, бактериальным и вирусным заболеваниям.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Глава!. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИИ
Исследования проводили на двух парах сортов: Капли и Эммер, относящихся к виду ТгШсипт dicoccum, Баллади 116 и Кубанка 3, принадлежащих к виду Triticum durum. Растения выращивали в теплице до фазы выхода в трубку и заражали свежесобранными уредоспорами 40-й расы Puccinia graminis Pers f. sp. tritici Eriks, et Herrn. Первый сорт каждой пары является устойчивым к этой расе ржавчины, второй - восприимчивым. При заражении сорта Баллади 116 отмечен тип реакции 0-0; Капли-0; -1, Эммер и Кубанка 3-3-4 по классификации Гоймана (Гойман Э., 1954). Таким образом, сорта Капли н Баллади 116 представляли несовместимую комбинацию с данным патогеном, сорта Эммер и Кубанка 3 - совместимую.
Образцы зараженных н контрольных (незараженных) растений отбирали в самом начале патогенеза (второй день после заражения) и в репродуктивную фазу развития гриба (пятый день). Целые листья замораживали жидким-азотом, растирали, лиофилизировали, запаивали в ампулах и сохраняли на холоду для проведения анализов.
Растворимые фенольные соединения экстрагировали горячим 80%-ным этанолом. Последний упаривали, водный остаток подкисляли до pH 2,0, и свободные фенолкарбоновые кислоты извлекали диэтиловым эфиром, Глюкозидносвязаниые фе-
нолкарбоновые кислоты определяли после двейадцатичасо-вого гидролиза водного остатка препаратом р-глюкозидазы (0,07"мг/мл) при 37° С и последующей экстракции диэтнловым эфиром. Растворимые этерифицнрованные формы фенолкар-боновых кислот определяли после пятичасового гидролиза (2 и. NaOH в атмосфере азота) водного элюата, оставшегося после обработки раствора р-глюкозндазой. Обесцвеченный растительный материал, оставшийся после извлечения растворимых полифенолов, инкубировали пять часов в атмосфере азота с 2 и, NaOH, и освободившиеся при гидролизе этанол-нерастворимые эфирносвязанные фенолкабоновые кислоты извлекали диэтнловым эфиром после подкисления смеси до рН 2,0, Разделение фенолкарбоновых кислот осуществляли двумерной хроматографией с использованием в первом направлении 1%-ной уксусной кислоты и во втором - органической фазы смеси толуол-уксусная кислота - вода (4:1:5). Хроматограммы обрабатывали слабым раствором соли прочного красного ГГ, фенолкарСюновыс кислоты элюировали из бумаги 0,05 н. "NaOH в этаноле и использовали для количественного определения.
Определение гликозндазной активности проводили на препаратах белка, выделенного из здоровых и зараженных растений, с использованием в качестве "субстратов соответствующих гликозидов л-нитрофенола (Jaynes et al., 1972).
Активность фенилаланин-лммиак лиазы определяли по методу Кукола и Кона (Koufcol and Conn, 1961).
Изучение способности растений пшеницы связывать фе-нольные соединения проводили на примере феруловой кислоты, которую вводили в растения в виде 2-10~3М раствора путем засасывания через срезы листьев. Об интенсивности связывания судили, сравнивая количество кислоты, оставшейся в свободном состоянии, с количеством, обнаруживаемым в гидролизуемых формах через 3 часа после окончания поглощения раствора.
Действие фенольиьгх соединений на прорастающие уредо-споры стеблевой ржавчины изучали в диапазоне концентраций от 10_г М до 2,5 Ю-5 М, При изучении влияния различных фенол>ных соединений на токсичность феруловой кислоты последнюю использовали в концентрациях 2- Ю-3 М и 5 lO-4 М. Другие фенольные соединения добавляли к феруловой кислоте в соотношениях 1:5; 1:2; 2:1; 5:1. Растворы фепольных соединений смешивали с агаром, наносили на предметные стекла и на них напылнвали уредосиоры. Стекла выдёржнва-4
ли 18 часов в темноте при 18-20° С. Подсчет проросших спор проводили в 10 полях зрения микроскопа.
О цитотоксических свойствах феиолкарбоновых кислот судили по распаду хлорофилла в отрезках листьев ■пшеницы, инкубируемых на растворах изучаемых соединений. Определение содержания хлорофилла проводили по методу, описанному Кулаевой (Кулаева, 1973). Кроме этого, цитотоксиче-ские свойства фенольных соединений оценивали по их влиянию на способность тканей листа поглощать из раствора краситель- кислый фуксин; краситель затем элюировали из тканей и колориметрировали при 545 нм.
Для изучения возможности повышения устойчивости растений пшеницы к ржавчине (путем увеличения уровня эндогенных полифенолов) зараженные растения восприимчивого сорта Кубанка 3 трехкратно обрабатывали растворами фенолкарбоновых кислот в концентрации Ю-3 М, На девятый день учитывали количество развившихся пустул на контрольных и обработанных растениях.
Результаты экспериментов подвергали вариационно-ста-тнстпческой обработке с использованием критерия Стьюден-та (Снедекор, 1961) при уровне вероятности Р = 0,95,
Глава II. ПОСТИНФЕКЦИОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ФЕНОЛКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
И ЛИГНИНА У РАСТЕНИИ ПШЕНИЦЫ ПРИ ЗАРАЖЕНИИ СТЕБЛЕВОЙ РЖАВЧИНОИ
Фенолкарбоновые кислоты (ФКК) растений пшеницы обнаруживаются как в свободном состоянии, так и в составе гликозидов и эфиров как растворимых в этаноле, так и нерастворимых. Суммарное количество всех форм ФКК в листьях пшеницы колебалось в пределах 2228-3259 мкг/г сухого вещества,"Содержание растворимых эфиров составило в среднем 49% от общего количества, нерастворимых - 39%, гликозидов- 9% и свободных ФКК- 3%. Во фракциях свободных, гликозидносвязанных, эфирносвязанных растворимых форм ФКК вами были идентифицированы феруловая, ванилиновая, сиреневая, п-кумаровая, п-оксибензойная кислоты, тогда как во фракции нерастворимых эфиров - только феруловая, ванилиновая и п-кумаровая. Такие кислоты, как феруловая и ванилиновая, имеются во всех фракциях ФКК, почти всегда количественно преобладают н, вероятно, могут считаться одними из основных компонентов фенольного комплекса растений пшеницы.
Заражение пшеницы стеблевой ржавчиной вызывает существенные измеиения в обмене ФКК. Данные таблицы 1
(% к контролю)
Фенолкарбоновые КИСЛОТЫ Несовместимая комбинация Совместимая комбинация
Ка пли Ба.плали 116 Эммер Кубанка 3
Феруловая...... 233* 171* 64* 85
Ванилиновая..... 183* 125 76 10)
Сиреневая...... 126* 117 194* 85
п-Кумароная..... 169* 131* 127 100
п-ОксибешоАиая.... 133 120
* Различия достоверны при Р=0,95.
свидетельствуют о том, что устойчивые сорта характеризуются накоплением свободных феполкарбоновых кислот в отличие от восприимчивых сортов, которые не обладают этой способностью. У устойчивого сорта Капли, дающего типичную реакцию «сверхчувствительности», в начале развития некробиоза достоверно возросло содержание всех ФКК. Содержание наиболее токсичной для ■патогена феруловой кислоты в этом случае возрастает более чем в два раза. У сорта Баллади 116, реакция которого ближе к иммунной, также обнаружено увеличение всех фенол кар бонов ых кислот. Накапливаются ванилиновая и сиреневая кислоты, которые могут усиливать токсическое действие феруловой кислоты. У восприимчивых же сортов заражение ржавчиной, как правило, не сопровождалось накоплением свободных феполкарбоновых кислот. Более того, в тканях сортов Эммер и Кубанка содержание феруловой кислоты даже снижалось, количество других ФКК тоже уменьшалось или оставалось на уровне контроля. Отмеченные изменения сохранялись и на пятый день после заражения, однако они выражены не так отчетливо, и, по-видимому, менее важны с точки зрения выяснения факторов некробиоза.
Во фракции гликозидов заражение не вызвало существенных изменений, хотя определенная тенденция к снижению их уровня может быть отмечена к пятому дню после инокуляции, особенно у устойчивых сортов. Значительные изменения наблюдались во фракциях растворимых и нерастворимых эфи-ров. Как показывают данные таблицы 2, содержание этанол-растворимых эфиров ФКК резко уменьшилось уже на второй день после заражения. Это уменьшение особенно значительно у устойчивого сорта Капли, для которого характерна б
Фе і і олка р бон овые кислоты Несовместимая комбинация Совместимая комбинация
Капли Баллади 116 Эммер Куба яка 3
дни после заражения.
2 5 2 5 2 5 2 i-
Феруловая...... 37* 36* 91* 90* 68* 70* 99 98
Ванилиновая..... зо* 36* 64* 78* 37* 79 115 98
Сиреневая...... 10* 38* 79* 77* 36* 108 89 96
и-Кумаровая..... 28* 10* 102 87 33* 66* 69* 88
л-Оксибснзойлая. . . . 97 73* Ш 114
* Различия достоверны при Р=0,95,
обширная иекротизация в местах внедрения патогена. Снизилось содержание феруловон, ванилиновой, сиреневой кислот и у устойчивого сорта Баллад» 116. У восприимчивого сорта Эммер заражение также способствует уменьшению эфирно-связанных этаиолрастворнмых ФКК, однако эти изменения [¡ыражены менее отчетливо, У высоковосприимчнвого сорта Кубанка 3 количество растворимых эфиров практически пе изменяется под действием заражения. "
Достаточно четкие различия между устойчивыми и восприимчивыми сортами обнаруживаются во фракции нерастворимых эфиров, ассоциированных с материалом клеточных стенок (таблица 3). Устойчивые сорта реагируют на заражение резким снижением содержания эфнрносвязанной феруловой кислоты. Этот факт может свидетельствовать о том, что какие-то реакции метаболизма этой кислоты играют важную роль в процессе патогенеза. Количество ванилиновой и п-кумаровой кислот также обнаруживает тенденцию к уменьшению у устойчивых растений в начале развития болезни. В противоположность этому у восприимчивых растении инфекция, как правило, не вызывает снижения содержания нерастворимых форм ФКК, а в некоторых случаях можно даже наблюдать заметное увеличение их.
Данные о количественных изменениях различных форм ФКК свидетельствуют о том, что заражение по-разному влияет на фенольный обмен устойчивых и восприимчивых растений пшеницы. Так, устойчивым сортам свойственно значительное накопление свободных ФКК, которые обладают высо-
Фе її ол к а р боно в ые кислоты Несовместимая комбинация Совместимая комбинация
Капли Баллади 11 б Эммер Кубанка 3
дни после заражения
Феруловая 36* 25"" 27* 36* 98 128* 80 152*
Ванилиновая 74* 115 85 103 167* 99 166* 127*
п-Кумаровая 83* ПЗ 75 101 І 83* 90 26* 124
* Различия с контролем достоверны при Р=0,95.
кой физиологической активностью (Бардинская и др., 1962; Кйс et al„ 1956), н довольно глубокие изменения во фракции связанных форм фенольных соединений. В противоположность этому у восприимчивых сортов некоторые изменения претерпевает лишь количество растворимых в этаноле форм ФКК. В то же время нерастворимые в этаноле ФКК не подвергаются заметным воздействиям.
Представлялось вероятным, что накопление свободных ФКК может происходить вследствие: а) повышения активности гидролитических ферментов, среди которых наиболее интересны гликозндазы, способные гидролизовать не только глико-эиды, но и некоторые эфиры (Тоуэрс, 1968); б) усиления биосинтеза ФКК de novo и в) подавления процессов связывания их в виде гликозидов, эфиров и лигнина {Тоуэрс, 1968). Результаты определения гликозидазной активности, представленные в таблице 4, показывают, что у иммунного сорта Балла-дн 116 активизируются как р-, так и а-гликозидазы; у устойчивого сорта Капли, образующего обширные некрозы, активизируются только р-гликозидазы. Гликозидазная активность восприимчивых растений, как правило, снижается или остается на уровне контроля.
Изучение активности фенил ал анин-аммиак лиазы (НФ 4.3.1.5) - (ФАЛ-лиазы), которая играет чрезвычайно важную роль в биосинтезе фенольных соединений, показало, что у устойчивого сорта заражение приводит к существенному увеличению активности этого фермента (рис. 1). У восприимчивого сорта наблюдали незначительное"повышение активности ФАЛ-лиазы или даже снижение ее активности по сравнению с контролем, особенно в начальной стадии развития инфекции.
дни после жтт
Рис. І Акпмості фшлшдон - шш яшм ь тщтшш литих дошцм.
Определение интенсивности связывания экзогенной феру-ловой кислоты показало, что в начале патогенеза в тканях не-зараженных листьев сорта Капли за 3 часа 98% этого соединения превращалось в связанные формы, тогда как в зараженных листьях - только 95%. У сорта Эммер интенсивность связывания при заражении возросла с 93 до 98%. Хотя эти различия невелики, они статистически достоверны и свидетельствуют об ослаблении процессов связывания фенолкарбо-новых кислот при заражении устойчивого сорта и усилении - у восприимчивого.
Таблица 4
Активность гликозидаз (мгк субстрата/м{Гбелка/час) в листьях Пшеницы (через два дня после заражения стеблевой ржавчмной)
Глнкозидазы Несовместимая комбинация Совместимая комбинация
Капли Балладн 116 Эммер Кубанка 3
здоров ые зараженные здоровые зараженные здоровые зараженные здоровые зараженные
Р-глюкоз ида за 338 389 75)Е>9 508 387 595 496
а-глюкоз и да за 6 6 0 7 10 5 7 8
р-галактозидаза 165 183 46 130 273 226 101 102
а-галактозид аз а 89 85 39 99 51 37 46 31
устойчивому (Капли) сортам, позволяет предполагать, что в первом случае успех защитной реакции связан не столько с количеством высвободившихся ФКК, сколько с быстротой осуществления этого процесса, обусловленной резким активированием р- и а-гликозидаз. Таким образом, накопление свободных ФКК в листьях устойчивого сорта может быть связано с усилением гликозидазной активности тканей листа, активированием ФАЛ-лиазы и ослаблением процессов связывания свободных кислот.
Как указывалось выше, доля растворимых и нерастворимых эфиров ФКК составляет в сумме 88% всего количества ФКК пшеницы, тогда как на долю свободных приходится 3%. " Очевидно, что постинфекционную убыль эфиров ФКК (табл. 2 и 3) никак нельзя объяснить только усилением их гидролиза, с которым частично может быть связано накопление свободных ФКК в листьях устойчивых растении (табл. 1). Возникает вопрос о возможных причинах столь резкой убыли эте-рифицированных ФКК, особенно заметной в листьях устойчивых растений. Одной из таких "причин является, вероятно, интенсификация дыхания зараженных растений (особенно устойчивых) и связанная с этим большая потеря углерода в виде СОг. Изучение этого вопроса показало, что на 2:й день. после заражения у сортов Капли и Эммер выделение С02 листьями увеличилось на 54% и 45% соответственно. Резкое усиление потерь углерода вполне могло снизить объем биосинтеза вторичных соединений (в том числе лигннна) в связи с необходимостью поддержать на оптимальном уровне концентрации биологически более важных метаболитов.
Другой причиной убыли эфиров ФКК в листьях может быть перераспределение фенолкарбоновых кислот между надземными органами и корнями. Одним из подтверждений обоснованности этого предположения служит тот факт, что в корнях растений устойчивого сорта Капли в начале заболевания количество свободных ФКК при заражении возросло на 43%, связанных (растворимых и нерастворимых)-на 78% и общее количество - на 75%. У сорта Эммер заметно (на 58%) увеличилось только содержание первой фракции. Общее количество ФКК, в том числе связанных форм, возросло незначительно (на 10% и 7% соответственно). Таким образом, сопоставляя данные таблиц 2 и 3 с результатами определения ФКК в корнях, можно предположить, что накопление фенолкарбоновых кислот в этих органах в известной мере коррелирует с убылью связанных форм ФКК в листьях. Полученных данных недостаточно, чтобы датъ завершенную интерпретацию взаимосвязи фенольного обмена надземных органов и корневой системы. Возможно, что убыль эфиров ФКК в зараженных листьях связана с тем, что заражение способно вызвать изменения метаболизма в органах, отдерфных от места развития патогена (Рац|есЬ, 1974), и усиление биосинтеза ФКК в корнях ведет к «перехвату» каких-то предшественников, которые в норме направляются из корней в листья. Нельзя, по-видимому, исключить и возможность оттока непосредственно растворимых ФКК из листьев в корни. Проведенный нами эксперимент показал, что при погружении корней пшеницы в растворы 4-метнлумбеллиферо-]0
конртмр M
я<г* uf* w* mi* b"ti3 /гг
Фмомя -кислота-"
Ii "шаровая кислота
".........- бшиновая кислота
Puc. з Токсичность фенолклрбоно&ых кислот
№ КЛЕТОК МСТЕННй ПШЕЩЫ.
на н п-оксибензойной кислоты эти вещества накапливались в листьях и стеблях.
Таким образом, резкая убыль эфиров ФКК в зараженных листьях устойчивых сортов может быть связана, с одной стороны, с патологически возросшей интенсивностью дыхания и, с другой - с усилением биосинтеза ФКК в корнях.
Глава III. ИЗУЧЕНИЕ ФУНГИ- И ЦИТОТОКСИЧНОСТИ ФЕНОЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИИ
Наибольшей токсичностью для прорастающих уредослор гриба обладают феруловая кислота и кониферилозый спирт, которые даже в концентрации 5* Ю-" М подавляли прорастание спор на 44% и 38% соответственно. Другие фенольные соединения, встречающиеся в растительной клетке, могут оказывать разнообразное действие на токсичность количественно преобладающей феруловой кислоты. Действительно, данные, представленные в таблице 5, позволяют отметить, что.
Таблица 5
Токсичность фенольных соединений и их смесей для прорастающих у ре д оспор стеблевой ржавчины пшеницы
Соединениє % подавления прорастакня уредослор под влиянием
веществ в концентрации 5 ■ КММ вещее ти (М) в смесіг с феруловой кислотой 5- Ю-"1 М
2,5 > І0-г (5:1) 10-" (2:1) 5- 10"* (1: 1) 10-" (1:5)
Феруловая кислота. . . 44
Конифсрнловьій спирт 33 77* 74* 76* 50
Ваннлил....... 0 100* 71* _ 67*
Ванилиновая кислота. . 0 95* 75* 55* 27*
Сиреневая кислота. . 0 60* 45 49 59
Протокатеховая кислота 0 - 19* 16* 13*
Кверцетин...... 50 29 15* 28 32
* Различил между данным вариантом и чистої! феруловой кислотой достоверны при Р = 0,95.
например, коннфериловый спирт проявил аддитивность по отношению к феруловой кислоте. При добавлении других соединений,"главным образом, имеющих в бензольном кольце 4-окси, 3-метокси или 4-окси, 3,5-ди-метокси групировкн (ванилиновая н сиреневая кислоты, ванилин) отмечается определенный синергизм с феруловой кислотой. В то же время ПОлифенолы с 3,4-диокси- группировками (протокатеховая кислота, кверцетин) проявили антагонизм. Таким образом,
характер токсического действия фенольного комплекса.весьма сложен: он определяется не только концентрацией наиболее токсичных веществ, но и их соотношением с веществами, способными усиливать или ослаблять их действие.
В связи с тем, что фенольные соединения, как выяснилось, обладают довольно высокой фунгитокснчпостью, представлялось важным изучение возможности повышения устойчивости растений пшеницы путем непосредственного введения в ткани листа отдельных фенолкарбоновых кислот и их смесей.
Приведенные в таблице 6 данные позволяют отметить, что обработка листьев восприимчивого сорта растворами ФКК приводит к снижению не только степени поражения, но и одновременному изменению типа поражения растений. Так, если в контрольном варианте тип "поражения составил 3-4 балла, то в варианте с участием феруловой кислоты, и особенно ее смесей с ванилиновой и сиреневой кислотами, тип поражения приближался к 1. Данные таблицы 6 хорошо согласуются с представлением о том, что постинфекционное возрастание концентрации ФКК в листьях может быть одним из факторов, ответственных за несовместимость партнеров.
Фенольные соединения, накапливаясь в зоне внедрения патогена, могут, по-видимому, проявлять также и цитотокси-ческое действие. Поскольку первым очевидным симптомом реакции «сверхчувствительности» является распад хлорофил-
* Таблица 6
Изменение реакции растений пшеницы на заражение стеблевой ржавчиной под влиянием их обработки Ю-3 М растворами феиолкзрбоновных кислот
Интенсивность
Варианты опыта заражения Тип
число % к контролю реакции
пустул на лист *
Контроль (вода)....... 16 100 3-4
Феруловая кислота...... 10 63 1-2
Ванилиновая кислота.... 9 56 1-2
Сиреневая кислота...... II 69 2
Протокатеховая кислота, . . 13 81 3
п-кумаровая кислота..... . 13 81 2-3
п-оксибензойная кислота.... 1! 69 2-3
Феруловая+протокатеховая кисло-
ты............ 13 81 .2
Феруловая+ ваиилинова ясирене- 43
вая кислоты........ 7 1
Феруловая+ванили новая+- сирене- 56 1
ва я+протокатеховая кислоты 9
* Наименьшее существенное различие при Р=0,95 равно 3.
^__о о*-- 1 40
ли до"* ">"s w3 »w"»
»- Лол деіістши ферулово» кщштм.
*-- пои^сшен продуктаее"ошеіш.
Рис. Штті фершміі кислоти h продукта ft окисления
ла в зоне инфекции и связанное с $тим образование хлоро-тичного пятна, можно было полагать, что изменение количества хлорофилла в отрезках листьев, инкубированных на растворах ФКК, служит мерой токсичности полнфенолов для растительных клеток. Проведенное нами изучение цитотоксич-ности фенолкарбоновых кислот показало, что феруловая и сиреневая кислоты в концентрациях 4-Ю"3 М и 6-10~3 М вызывали разрушение хлорофилла в отрезках, "помещенных на растворы этих кислот, В других опытах о цитотоксическом действии ФКК судили по способности обработанных ими растительных тканей поглощать из раствора краситель - кислый фуксин. В качестве эталона токсичности был использован гербицид паракват с отчетливо выраженным некроген-ным действием по отношению к растительным тканям. Глюкоза и хлористый натрий были выбраны как заведомо нетоксичные вещества (в использованных нами концентрациях). Приведенные на рисунке 3 данные позволяют сделать вывод о том, что фенолкарбоновые кислоты проявили цитотокснче-ский эффект и в этом отношении они образовали следующий ряд: феруловая>п-кумаровая>ванилиновая.
Однако в растениях ¡n vivo фенольные соединения могут оказаться еще более токсичными. Известно, что под действием фенолокисляющих ферментов полифенолы переходят в хиноны (Стом, 1972, 1973), которые по токсичности значительно превосходят исходные фенольные соединения (Стом, 1970). Нами было изучено влияние продукта окисления фе-руловой кислоты (трансформация последней осуществлялась "пероксидазой из хрена 30 мин. в присутствии НгОг) на отрез! ки листьев пшеницы. Данные, .представленные на рисунке 4, позволяют полагать, что продукт окисления феруловой кислоты обладал более высокой цитотоксичностью по сравнению; с исходной формой этого соединения.
Таким образом, фенолкарбоновые кислоты, а также, ве-¡ роятно, и продукты их окисления, могут проявлять токсичность как для патогена, так и для самой растительной клетки.
Заключение
Нами установлено, что уже в самом начале развития возбудителя стеблевой ржавчины в тканях устойчивых растений t пшеницы возрастает активность глюкозидаз и фенилаланин-аммиак лиазы, интенсивность же связывания фенолкарбоновых кислот в виде растворимых, нерастворимых эфиров и лигнина, наоборот, снижается. Это приводит к накоплению в зараженных листьях свободных фенолкарбоновых кислот, среди которых преобладает феруловая кислота, отличающаяся заметной фунги- и цитотоксичностью.
Это накопление," конечно, происходит локально в местах контакта патогена с листьями растения, и это локальное повышение концентрации является, по всей вероятности, гораздо более значительным, чем то, которое мы обнаружили при, анализе листа в целом. Косвенным подтверждением того, что наблюдавшиеся нами изменения в фенольном комплексе листьев ассоциированы с зонами контактов, является тот факт, что развитию обширных некрозов на листьях сорта Капли предшествовало более сильное повышение концентрации свободных ФКК, чем в случае иммунного сорта Баллади 116 с его точечными некрозами.
При контакте с пероксидазной системой может иметь место образование окисленных продуктов, отличающихся более высокой фунги- и цитотоксичностью, чем исходные соединения. Такой контакт может осуществляться вследствие постинфекционных нарушений внутриклеточной компартменталнза-цин (Метлицкий, Озерцковская, 1968). Во всяком случае, несомненно, что при заражении устойчивых растений пшеницы стеблевой ржавчиной интенсивность пероксидазного окисления фенольных соединений резко возрастает (Чигрип и др., 1969).
Подтверждением наших предположений о защитных функциях фенолкарбоновых кислот являются также результаты экспериментов, в которых восприимчивые растения обрабатывали растворами этих соединений. Мы, естественно, далеки от того, чтобы связывать развитие совместимой или несовместимой реакции на заражение исключительно с особенностями изменения концентраций тех или иных фенолкарбоновых кислот. Тем не менее полученные в нашей работе данные свидетельствуют о том, что определенная связь между ранними постинокуляционными изменениями фенольного комплекса и характером реакций на заражение стеблевой-ржавчиной все же имеется.
Результаты изучения особенностей фенольного метаболизма у растений пшеницы с различной устойчивостью к стеблевой ржавчине, проведенные в 1968-1973 гг., позволяют сделать следующие основные выводы.
1. Фенолкарбоновые кислоты листьев пшеницы присутствуют главным образом в виде этанолрастворимых и этанол-нерастворимых эфиров, а также в виде гликозидов и в свободном состоянии. Общее количество всех этих форм составляет 2,2-3,2 мг/г сухого вещества. Из этого количества на долю нерастворимых и растворимых эфиров, гликозидов и свободных кислот приходится в среднем 39%, 49%. 9% и 3% и
соответственно. В последних трех фракциях обнаружены феруловая, ванилиновая, сиреневая, п-кумаровая и п-оксибен-зойная кислоты, в этанолнерастворимой-феруловая, ванилиновая и п-кумаровая,
2. При заражении устойчивых растений стеблевой ржавчиной уже в начале патогенеза (2-й день после инокуляции) заметно возрастает активность гликозидаз и фенилаланин-аммиак лиазы при одновременном снижении способности тканей листа переводить свободные фенолкарбоновые кислоты в связанное состояние. Эти изменения приводят к резкому увеличению содержания свободных фенолкарбоновых кислот, в особенности феруловой кислоты, У восприимчивых растений подобных изменений не выявлено, некоторое возрастание содержания фенолкарбоновых кислот наблюдается к 5-му дню после заражения.
3. Заражение устойчивых растений сопровождается уменьшением содержания связанных фенолкарбоновых кислот н лигнина в листьях. С другой стороны, у восприимчивых растений снижается содержание лишь растворимых фенольных соединений, а количество нерастворимых эфиров фенолкарбоновых кислот даже несколько возрастает,
4. Инфицирование растений пшеницы уредоспорами стеблевой ржавчиЕШ сказывается также на фенольном обмене корней. При этом происходящие в корнях изменения противоположны тем, которые характерны для зараженных листьев: содержаниецсвободных фенолкарбоновых кислот и их нерастворимых эфиров здесь существенно возрастает. Указанные процессы более ярко выражены в устойчивых растениях, нежели в восприимчивых.
5. Установлена высокая токсичность феруловой кислоты для прорастающих уредоспор патогена. Ванилиновая и сиреневая кислоты, будучи нетоксичными для уредоспор, при совместном применении с феруловой кислотой достоверно усиливал]! токсическое действие последней. Феруловая кислота оказалась также наиболее токсичной для тканей листьев пшеницы, причем окисление ее в течение 30 мин. "пероксндазой повышало цнтотокснчность (способ образования еще более токсичного продукта),
6. Обработка зараженных восприимчивых растений раствором феруловой кислоты и особенно ее смесью с ванилиновой и сиреневой не только достоверно снижала интенсивность заражения, но изменяла и тип реакции, приближая его к типу, характерному для устойчивых растений. Полученные данные позволяют считать, что локальное накопление фенолкарбоновых кислот в зоне развития патогена может быть одной из причин некротизации клеток н гибели патогена в тканях устойчивых растений.
1. Изменения фенольного обмена у яровой пшеницы при заражении стеблевой ржавчиной. Физиология растений, 1969 (16), 2, 330-335 (в соавторстве с В. В. Чигриным).
2. Токсичность фенольных соединений для прорастающих уредоспор стеблевой ржавчины пшеницы Puccinia graminis Pers f. sp. tritici Eriks, et Henn. Микология и фитопатология, 1969, 3 (3), 243-248 (в соавторстве с В. В. Чигриным и Л. М. Бессмельцевой).
3. Некоторые особенности фенольного обмена у сортов пшеницы с различной устойчивостью к стеблевой ржавчине. Тезисы Второго Всесоюзного симпозиума по фенольным соединениям. Алма-Ата, 1970, 106 (в соавторстве с В. В. Чигриным).
4. Фенолкарбоновые кислоты и лигнин в листьях устойчивых и восприимчивых сортов яровой пшеницы при заражении стеблевой ржавчиной. Физиология растеннй, 1973, 20, вьш, 5, 942-948 (в соавторстве с В. В, Чигриным, Н. М. За-прометовым).
5. Некоторые особенности фенольного обмена пшеницы и устойчивость к стеблевой ржавчине. Тезисы Третьего Всесоюзного симпозиума по фенольным соединениям. Тбилиси, 1976 (в соавторстве с В. В. Чигриным, М, Н. Запрометовым).
Л 77690 1/1V-77 г. Объем ] п. л. Заказ 745.
Типография Московской с.-х. академии им. К- А. Тимирязева 125008, Москва А-8, Тимирязевская ул., 44
